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密 級：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
堆垛機(jī)伸縮貨叉設(shè)計(jì)
Stacker Telescopic Fork Design
學(xué)生姓名
殷錄卿
學(xué)院名稱
機(jī)電工程學(xué)院
專業(yè)名稱
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
指導(dǎo)教師
張磊
2008年
6月
02日
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。
本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
論文作者簽名： 日期： 年 月 日
徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書
本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名：
日期： 年 月 日 日期： 年 月 日
摘要
自動化立體倉庫目前廣泛應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)藥、煙草、建材、郵電等許多行業(yè)，是實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵，對加快物流速度、提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本都有重要意義。其中堆垛機(jī)又是自動化立體倉庫中最重要的搬運(yùn)、起重、堆垛設(shè)備, 對立體倉庫的出入庫效率有重要影響。本文將注重研究雙伸位堆垛機(jī)，它的使用不僅減少巷道占地，而且還減少了堆垛機(jī)臺數(shù)。在相同面積條件下，大幅度提高了地面利用率和存取工作效率，同時(shí)能夠?yàn)橛脩艄?jié)約可觀的投資。由于雙伸位堆垛機(jī)的這個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢，它已得到迅速推廣，并具有很大的市場空間。但與國外技術(shù)相比，目前我國堆垛機(jī)產(chǎn)品在技術(shù)參數(shù)、產(chǎn)品覆蓋范圍、技術(shù)穩(wěn)定性和產(chǎn)業(yè)規(guī)模等方面均有差距。因此，本設(shè)計(jì)課題將從堆垛機(jī)的最主要的部分——貨叉展開研究，希望能進(jìn)一步的提高堆垛機(jī)的工作效率及使用壽命。
雙伸位堆垛機(jī)采用了多級雙伸位貨叉，通過行程倍增實(shí)行大距離伸出，實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)單邊雙排貨架存取貨物，但由于貨叉懸臂加長，導(dǎo)致力矩相應(yīng)增加，控制貨叉的下?lián)狭砍蔀榧夹g(shù)關(guān)鍵，同時(shí)也是技術(shù)難題。
堆垛機(jī)伸縮貨叉采用一種能使原動機(jī)動作行程增倍的雙向驅(qū)動直線運(yùn)動機(jī)構(gòu)。為此，在方案設(shè)計(jì)中選擇鏈條鏈輪組成的傳動機(jī)構(gòu)。根據(jù)貨叉存物取貨的雙向伸縮行程要求，僅采用雙層貨叉行程增倍機(jī)構(gòu)是不夠的，還必須實(shí)現(xiàn)第3層貨叉的行程增倍直線差動。但由于貨叉懸臂加長，導(dǎo)致力矩相應(yīng)增加，因此需要通過嚴(yán)格的理論計(jì)算和實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)來控制貨叉的下?lián)狭俊?
在這次設(shè)計(jì)過程中，將使用Pro/E建模，并進(jìn)行運(yùn)動仿真，其中主要建模的零件包括鏈輪、鏈條、齒輪、齒條、下叉、中叉、上叉等。難點(diǎn)在于各尺寸的確定及配合，和鏈傳動的運(yùn)動仿真。
關(guān)鍵詞：貨叉；Pro/E；撓性；仿真
Abstract
Automated Warehouse now widely have been used in automotive, electronic, pharmaceutical, tobacco, building materials, telecommunications and other industries,it is to achieve rationalization of the key logistics system, to accelerate the pace of logistics, improve labor productivity, lower production costs have important significance. One stacker warehouse automation is the most important of handling, lifting and stacking equipment, for the three-dimensional warehouse to have an important impact on the efficiency of storage, the paper will focus on extending double-stacker, which not only reduce the use of roadway Land, but also reduce the number of stacking machine, under the conditions in the same area, a substantial increase access and utilization of the ground work efficiency, while users can save considerable investment. Because of this unique advantage of the extended-stacker, it has been the rapid promotion, and has great market space. However, compared with foreign technology, China's Stacker products in the technical parameters, product coverage, technology steadily and technology industries in scale of the gap. Therefore, this issue will design the most important part - Fork study, hoping to further improve the efficiency of Stacker and life.
Two-side-stacker adopted the multi-level two-side-Fork, through the implementation of the gap doubled to achieve within the roadway unilateral double shelf access of goods, but because fork cantilever longer, resulting in a corresponding increase in torque , under the control Fork torsion is not only a key technology, but also technical difficulties.
Stacker telescopic Fork can adopt a program of action motivated by two-way drive times the linear motion agencies, to that end, in program design in the choice of the sprocket chain drive mechanism. According Fork of the pickup of two-way telescopic trip request, only a double-decker Fork journey times by institutions is not enough, we must also achieve the three-tier Fork trip times by linear differential. However, due to Fork cantilever longer, resulting in a corresponding increase in torque, it needs a rigorous theoretical and practical experience to the next control Fork of torsion.
In the design process, it is using Pro / E modeling and simulation exercise, which mainly include the sprocket parts modeling, the chain, gears, rack, under the higher, middle, lower fork and so on, the difficulty lies in Identify and cope with the size, and chain drive the simulation.
Key words: Fork Pro / E Flexible Simulation
III
徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
目 錄
1．緒論 1
1.1自動化立體倉庫在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位及堆垛機(jī)的意義 1
1.1.1自動化立體倉庫 1
1.1.2自動化立體倉庫的重要地位 1
1.1.3有軌巷道堆垛機(jī)的意義 2
1.2課題研究的目的及意義 3
1.3堆垛機(jī)及貨叉的技術(shù)要求，研究內(nèi)容 3
2．自動化立體倉庫設(shè)計(jì) 5
2.1自動化立體倉庫總體規(guī)劃時(shí)需要考慮的問題 5
2.2自動化立體倉庫總體規(guī)劃 6
2.2.1高層貨架 6
2.2.2巷道堆垛機(jī) 6
2.2.3輸送系統(tǒng) 6
2.2.4托盤(貨箱) 6
2.2.5自動控制系統(tǒng) 7
2.2.6庫存信息管理系統(tǒng) 7
2．3巷道堆垛機(jī)設(shè)計(jì) 7
2.3.1設(shè)計(jì)思路 7
2.3.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 10
2.3.3 速度控制 11
2.3.4 位置確定 11
3．貨叉方案設(shè)計(jì) 13
3.1液壓傳動 13
3.1.1雙桿活塞缸 13
3.2機(jī)械傳動 15
3.2.1鏈傳動 15
3.2.2齒輪齒條傳動 15
4．零件設(shè)計(jì) 18
4.1電動機(jī)、減速器的選擇 18
4.1.1電動機(jī)的選擇 18
4.1.2減速器的選擇 19
4.2貨叉的力學(xué)計(jì)算 21
4.2.1貨叉彎矩的計(jì)算 21
4.2.2堆垛機(jī)貨叉強(qiáng)度的計(jì)算 22
4.2.3貨叉變形計(jì)算 23
4．3鏈輪鏈條傳動計(jì)算 26
4.3.1鏈傳動的優(yōu)缺點(diǎn) 26
4.3.2鏈條鏈輪的確定 27
4.4單個(gè)螺栓聯(lián)接的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算 30
4.4.1貨叉沒展開時(shí) 30
4.4.2貨叉展開時(shí)（極限位置） 31
5 零件建模仿真 35
5.1Pro/E零件建模仿真 35
5.1.1螺栓的設(shè)計(jì)過程 35
5.1.2螺母制作過程 38
5.2鏈條鏈輪的設(shè)計(jì)過程 39
5.3零件的裝配 40
5.4鏈傳動及總裝圖 42
6. NC代碼 44
6.1NC代碼簡介 44
6.2．中叉上的鏈條槽 44
6.3.中叉上的孔 52
結(jié)論 56
致謝 57
參考文獻(xiàn) 58
附錄 59
英文原文 59
中文譯文 71
87
1．緒論
1.1自動化立體倉庫在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位及堆垛機(jī)的意義
1.1.1自動化立體倉庫
在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中，自動化立體倉庫是一個(gè)重要的組成部分，它是一種新型的倉儲技術(shù)，自動化立體倉庫又稱為自動存儲檢索系統(tǒng)，它是物料搬運(yùn)和倉儲科學(xué)中的一門綜合科學(xué)技術(shù)工程。它集機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)、傳感器和自動控制等多種技術(shù)于一體，以搬運(yùn)機(jī)械化、控制自動化、管理微機(jī)化、信息網(wǎng)絡(luò)化為特征，成為現(xiàn)代化物流設(shè)計(jì)中產(chǎn)品生產(chǎn)與存儲的樞紐。
以自動化功能齊全的立體倉庫取代傳統(tǒng)的普通房式倉庫己成為世界倉儲建設(shè)發(fā)展的潮流。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，美國擁有各種類型的自動化立體倉庫20000多座，日本擁有38000多座，德國擁有10000多座，英國有4000多座，前蘇聯(lián)有1500多座。高度達(dá)40米以上的巨型立體倉庫數(shù)量越來越多。我國進(jìn)人80年代以來，一些交通運(yùn)輸部門，物資儲存部門以及現(xiàn)代大中型企業(yè)對老式倉庫進(jìn)行了技術(shù)改造，開始采用自動化立體倉庫，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國擁有立體倉庫500余座，其中高度在15米以上的大型立體倉庫100多座。
自動化倉庫作為物流系統(tǒng)的一個(gè)樞紐和核心，是物流系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物流合理化的關(guān)鍵所在，在國民經(jīng)濟(jì)中有著舉足輕重的地位。通常，一種產(chǎn)品要從原材料做成成品，再把成品作為商品，送到消費(fèi)者手中，需經(jīng)過兩個(gè)基本物流環(huán)節(jié):前者是物流生產(chǎn)過程(如:加工流水線，自動生產(chǎn)線)，后者是把商品送到消費(fèi)者手中的物流流通過程?；谏鲜鰞蓚€(gè)基本物流環(huán)節(jié)，目前立體倉庫系統(tǒng)主要有兩大應(yīng)用領(lǐng)域:其一是各種自動化生產(chǎn)線中的在線立體倉庫系統(tǒng)(如CIMS中的在線立庫系統(tǒng));其二是各種物資配送中心(如超市配貨中心等)。
在制造業(yè)，其備件時(shí)間占整個(gè)加工和裝配周期的近10%。在加工過程中，原材料、備件及半成品的存貯及運(yùn)輸占大部分時(shí)間。在制造業(yè)中，材料的存貯及運(yùn)輸問題須引起國有企業(yè)的重視，因?yàn)楝F(xiàn)代化物料搬運(yùn)系統(tǒng)將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
. 1.節(jié)省空間
2.合理的生產(chǎn)組織
3.減少庫存，節(jié)省流動資金
4.增加加工制造的柔性
1.1.2自動化立體倉庫的重要地位
歷史和現(xiàn)實(shí)己充分證明，使用自動化立體倉庫能夠產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。效益主要來自以下幾方面高層貨架存儲由于使用高層貨架存儲貨物，存儲區(qū)可以大幅度地向高空發(fā)展，充分利用倉庫地面和空間，因此節(jié)省了庫存占地面積，提高了空間利用率。目前世界上最高的立體倉庫己達(dá)。立體倉庫單位面積的存儲量是普通倉庫的一倍。采用高層貨架儲存并結(jié)合計(jì)算機(jī)管理，可以實(shí)現(xiàn)貨物的先入先出原則，防止貨物的自然老化、變質(zhì)、生銹或發(fā)霉。立體倉庫也便于防止貨物的丟失及損壞，對于防火防潮等大有好處。集裝箱化的存儲也利于防止貨物搬運(yùn)過程中的破損。自動存取使用機(jī)械和自動化設(shè)備，運(yùn)行和處理速度快，提高了勞動生產(chǎn)率，降低操作人員的勞動強(qiáng)度。同時(shí)，能方便地納入企業(yè)的物流系統(tǒng)，使企業(yè)物流更趨合理化。計(jì)算機(jī)控制能夠始終準(zhǔn)確無誤地對各種信息進(jìn)行存儲和管理，減少了貨物處理和信息處理過程中的差錯(cuò)。而人工管理則不能做到這一點(diǎn)。同時(shí)借助第二章自動化立體倉庫概述于計(jì)算機(jī)管理還能有效地利用倉庫儲存能力，便于清點(diǎn)和盤庫，合理減少庫存，加快資金周轉(zhuǎn)，節(jié)約流動資金。從而提高倉庫的管理水平。如某汽車廠的倉庫，在采用自動化倉庫后，庫存物資金額比過去降低了，節(jié)約資金數(shù)百萬元自動化倉庫的信息系統(tǒng)可以與企業(yè)的生產(chǎn)信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息管理的自動化。同時(shí)，由于使用自動化倉庫，促進(jìn)企業(yè)的科學(xué)管理，減少了浪費(fèi)，保證均衡生產(chǎn)。從而也提高了操作人員素質(zhì)和管理人員的水平。由于倉儲信息管理及時(shí)準(zhǔn)確，便于企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)隨時(shí)掌握庫存情況，根據(jù)生產(chǎn)及市場情況及時(shí)對企業(yè)規(guī)劃做出調(diào)整，提高了生產(chǎn)的應(yīng)變能力和決策能力，同時(shí)會帶動企業(yè)其他部門人員素質(zhì)的提高，還有其他間接的社會效益，如提高裝卸速度等。
1.1.3有軌巷道堆垛機(jī)的意義
在立體倉庫中的搬運(yùn)設(shè)備有高位叉車、工業(yè)機(jī)器人、橋式堆垛機(jī)和有軌式單雙立柱堆垛機(jī)。有軌巷道式雙立柱堆垛機(jī)由于效率高, 高度可達(dá)30～40 m , 便于實(shí)現(xiàn)無人操作, 行走穩(wěn)定, 載貨量大,噪聲小, 在目前的立體倉庫中得到廣泛應(yīng)用。堆垛機(jī)是立體倉庫中最重要的一種運(yùn)輸設(shè)備，是代表立體倉庫特征的標(biāo)志。其主要用途是在立體倉庫的通道內(nèi)運(yùn)行，將位于巷道口的貨物存入貨格，或者將貨位中的貨物取出，運(yùn)送到巷道口。堆垛機(jī)的分類方式有很多種，主要分類形式如下按照有無導(dǎo)軌，堆垛機(jī)可以分為有軌堆垛機(jī)和無軌堆垛機(jī)。有軌堆垛機(jī)是指堆垛機(jī)沿著巷道內(nèi)的軌道運(yùn)行無軌堆垛機(jī)又稱高架叉車。在立體倉庫中主要的作業(yè)設(shè)備為有軌巷道堆垛機(jī)，無軌巷道堆垛機(jī)和普通叉車。按照高度不同，堆垛機(jī)可以分為低層型，中層型和高層型。低層型堆垛機(jī)一般起升高度在以下，主要用于分體式高層貨架倉庫及簡易立體倉庫中層型堆垛機(jī)是指起升高度在一之間高層型堆垛機(jī)是指起升高度在以上，主要用于一體式的高層貨架倉庫。 圖1-1
按照驅(qū)動方式不同，堆垛機(jī)可以分為上部驅(qū)動，下部驅(qū)動和上下部相結(jié)合的驅(qū)動方式。按照自動化程度不同，堆垛機(jī)可分為手動，半自動，自動堆垛機(jī)。手動和半自動堆垛機(jī)上有司機(jī)室，自動堆垛機(jī)不帶有司機(jī)室，采用自動控制裝置進(jìn)行控制，可以進(jìn)行自動尋址，自動裝卸貨物。按照用途不同，堆垛機(jī)可以分為橋式堆垛機(jī)和巷道堆垛機(jī)。
巷道堆垛機(jī)沿貨架倉庫巷道內(nèi)的有軌運(yùn)行，又稱有軌巷道堆垛機(jī)。有軌巷道堆垛起重機(jī)簡稱為堆垛機(jī)。它是由叉車、橋式堆垛機(jī)演變而來的。橋式堆垛機(jī)由于橋架笨重因而運(yùn)行速度受到很大的限制，它僅適用于出入庫頻率不高或存放長形原材料和笨重貨物的倉庫。其優(yōu)點(diǎn)在于可以方便地為多個(gè)巷道服務(wù)。目前應(yīng)用最廣的是有軌巷道式堆垛機(jī)。巷道堆垛機(jī)使得作業(yè)高度提高采用貨叉伸縮機(jī)構(gòu)，使貨叉可以伸縮，這樣就可以使巷道寬度變窄，提高倉庫的利用率巷道堆垛機(jī)一般采用半自動和自動控制裝置，運(yùn)行速度和生產(chǎn)效率都較高其只能在貨架巷道內(nèi)作業(yè)，因此要配備出入庫裝置機(jī)架除應(yīng)滿足一般起重機(jī)的強(qiáng)度和剛度要求以外，還有較高的制造與安裝精度要求采用特殊形式的取物裝置，常用多節(jié)伸縮貨叉或貨板各機(jī)構(gòu)電氣傳動調(diào)速要求高，且要求制動平衡，采用安全保護(hù)裝置，措施齊全。
巷道堆垛機(jī)適用于各種高度的高層貨架倉庫，可以實(shí)現(xiàn)半自動，自動和遠(yuǎn)距離集中控制。巷道堆垛機(jī)的起重量是指被起升單元貨物的重量包括托盤或貨箱。根據(jù)使用要求，檢選入庫，出庫方式的起重量取或單元化入庫，出庫方式的起重量一般為0.25～5t。巷道堆垛機(jī)起重機(jī)的起升速度為6.3～40m/min，運(yùn)行速度為25～180m/min，貨叉伸縮速度為5～30m/min。
1.2課題研究的目的及意義
自動化立體倉庫目前廣泛應(yīng)用于汽車、電子、醫(yī)藥、煙草、建材、郵電等許多行業(yè)，是實(shí)現(xiàn)物流系統(tǒng)合理化的關(guān)鍵，對加快物流速度、提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本都有重要意義。其中堆垛機(jī)又是自動化立體倉庫中最重要的搬運(yùn)、起重、堆垛設(shè)備, 對立體倉庫的出入庫效率有重要影響,本文將注重研究雙伸位堆垛機(jī)，它的使用不僅減少巷道占地，而且還減少了堆垛機(jī)臺數(shù)，在相同面積條件下，大幅度提高了地面利用率和存取工作效率，同時(shí)能夠?yàn)橛脩艄?jié)約可觀的投資。由于雙伸位堆垛機(jī)的這個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢，它已得到迅速推廣，并具有很大的市場空間。但與國外技術(shù)相比，目前我國堆垛機(jī)產(chǎn)品在技術(shù)參數(shù)、產(chǎn)品覆蓋范圍、技術(shù)穩(wěn)定性和產(chǎn)業(yè)規(guī)模等方面均有差距。因此，本設(shè)計(jì)課題將從堆垛機(jī)的最主要的部分——貨叉展開研究，希望能進(jìn)一步的提高堆垛機(jī)的工作效率及使用壽命。
1.3堆垛機(jī)及貨叉的技術(shù)要求，研究內(nèi)容
在自動化立體倉庫中,堆垛機(jī)的運(yùn)行不是一個(gè)獨(dú)立的單一系統(tǒng), 它受到多種因素的制約,是一個(gè)動態(tài)變化的多因素系統(tǒng),它不僅涉及到自身各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的改變與綜合性能的提高,還涉及其它相對獨(dú)立因素的制約,需要多項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新和改進(jìn), 更需要新技術(shù)的支持?？傮w上來講,堆垛機(jī)控制從功能上需要以下幾部分:(1)三維動作控制:控制堆垛機(jī)在水平、垂直、左右方向的運(yùn)行;(2)位置控制:控制堆垛機(jī)以適合的速度運(yùn)行并精確的定位在貨格或入出庫口處;否則就可能取錯(cuò)貨物、碰壞貨架、貨物等,嚴(yán)重時(shí)會損壞堆垛機(jī)本身。因此位置控制技術(shù)就成為堆垛機(jī)控制系統(tǒng)中最關(guān)鍵的一種。(3)保護(hù)功能:為了確保堆垛機(jī)安全可靠的運(yùn)行,以下的保護(hù)功能在設(shè)計(jì)中是必須考慮到的:提供各種電氣和機(jī)械保護(hù),保證堆垛機(jī)在高速、頻繁的運(yùn)行和取送貨過程中不會發(fā)生事故;(4)人機(jī)界面: 通過HMI 或其它輸入和顯示設(shè)備,提供本機(jī)或遙控操作及向操作人員提供堆垛機(jī)的各種狀態(tài)信息。(5) 通訊功能:在自動化立體倉庫系統(tǒng)中,為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動運(yùn)行,堆垛機(jī)與上位機(jī)或其它倉庫設(shè)備需要進(jìn)行頻繁的信息交換。由于堆垛機(jī)是在巷道中運(yùn)行,其通訊大都采用無線方式或通過供電滑觸線的載波通訊方式。其中載波通訊易受電力線雜波等干擾,所以除彎道堆垛機(jī)外不宜采用;在無線通訊方式中,紅外通訊穩(wěn)定性好,不受干擾,是目前應(yīng)用最多的方式。在一座立體倉庫中,往往有多臺堆垛機(jī)和其它自動化設(shè)備,它們都需要與上位機(jī)或與其它設(shè)備進(jìn)行通訊,系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)也有多種方案。
堆垛機(jī)作為自動化立體倉庫的心臟部分。其優(yōu)越性必須通過堆垛機(jī)才能充分體現(xiàn)出來。為此，堆垛機(jī)必須有嚴(yán)格的技術(shù)要求：
(1)堆垛機(jī)的正常工作條件
1)堆垛機(jī)正常工作的環(huán)境溫度范圍為-5～40℃，在24h內(nèi)平均溫度不超過35℃。在40％的溫度條件下，相對濕度不超過50％。溫度較低時(shí)相對濕度可以高一些。
2)堆垛機(jī)工作環(huán)境的污染等級應(yīng)在國家規(guī)定范圍之內(nèi)。
3)供電電網(wǎng)進(jìn)線電源為頻率是50Hz、電壓是380V的三相交流電，電壓波動的。允許偏差為±10％。
(2)堆垛機(jī)用的金屬結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)
根據(jù)貨叉存物取貨的雙向伸縮行程要求，僅采用雙層貨叉行程增倍機(jī)構(gòu)是不夠的，還必須實(shí)現(xiàn)第3層貨叉的行程增倍直線差動。但由于貨叉懸臂加長，導(dǎo)致力矩相應(yīng)增加，因此需要通過嚴(yán)格的理論計(jì)算和實(shí)際中的經(jīng)驗(yàn)來控制貨叉的下?lián)狭俊?
2．自動化立體倉庫設(shè)計(jì)
對于倉庫的設(shè)計(jì)，不是越大越好，也不是越先進(jìn)越好，而是要綜合各方面的指標(biāo)限制，在滿足使用目的功能的前提下全面來衡量，一般來說，評價(jià)一個(gè)立體倉庫有如下指標(biāo)：降低費(fèi)用、充分利用空間、對需求作出快速響應(yīng)、擴(kuò)充或更改的可能性、提高供應(yīng)水平、提高作業(yè)效率等。
2.1自動化立體倉庫總體規(guī)劃時(shí)需要考慮的問題
在確定自動化立體倉庫總體規(guī)劃方案時(shí)主要考慮三部分，一是貨架系統(tǒng)，主要是創(chuàng)造一個(gè)固態(tài)環(huán)境，為研究堆垛機(jī)及測試定位尋址提供基礎(chǔ)條件；二是堆垛機(jī)系統(tǒng)，目的是采用精簡的安裝系統(tǒng)、合理運(yùn)行方式，模擬顯示運(yùn)輸存取貨物，三是堆垛機(jī)控制系統(tǒng)，采用驅(qū)動自動化立體庫系統(tǒng)各設(shè)備的自動控制系統(tǒng)。
自動化立體倉庫設(shè)計(jì)步驟如下圖2-1：
圖2-1
調(diào)研是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為了使設(shè)計(jì)方案為最佳，應(yīng)該調(diào)研分析各種必要的資料，比如：將要進(jìn)行存放的貨物品種、特征、外形及尺寸，單件重量；模擬傳送的各種貨物的出庫頻率、出庫量等。對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，再根據(jù)分析結(jié)果為依據(jù)即可進(jìn)行倉庫的規(guī)劃與設(shè)計(jì)。
選擇倉庫類型時(shí)，要根據(jù)出入庫頻率，對是否采用全自動、立體化進(jìn)行判斷；在形式上是采用整體式還是分離式；在貨架構(gòu)造上是采用單元貨叉式、貫通式、旋轉(zhuǎn)式還是旋臂式倉庫，以此來決定總體框架。本文僅討論單元貨叉式倉庫的設(shè)計(jì)方法。
在確定主要參數(shù)時(shí)，主要對以下參數(shù)進(jìn)行確定；貨架數(shù)目及尺寸、堆垛機(jī)設(shè)計(jì)尺寸、堆垛機(jī)平均作業(yè)循環(huán)時(shí)間、倉庫的出入能力、采用的尋址及其控制方式等，這是自動化倉庫總體設(shè)計(jì)的總要內(nèi)容。
對于控制方案和管理系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，總要是考慮用兩級或三級控制系統(tǒng)，還是采用現(xiàn)場總線技術(shù)，以及倉庫管理和控制軟件及其算法的確定。
計(jì)算機(jī)仿真分析，是利用專業(yè)的仿真軟件，建立方案的工藝模型并模擬系統(tǒng)的運(yùn)行情況，得到準(zhǔn)確的流量和使用效率分析報(bào)告，并根據(jù)仿真的結(jié)果對原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改，以達(dá)到最優(yōu)的方案。
2.2自動化立體倉庫總體規(guī)劃
2.2.1高層貨架
貨架是自動化立體倉庫系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)貨物立體存放的主要支撐結(jié)構(gòu)，作為倉庫不可或缺的組成部分，其性能直接影響倉庫及其設(shè)備的使用．目前高層貨架主要有焊接式和組合式2種形式，而組合式貨架因其制造運(yùn)輸、表面處理、現(xiàn)場組裝等優(yōu)勢，逐漸得到越來越廣泛的應(yīng)用 。貨架的排、列、層數(shù)的多少，決定了倉儲的密度；目前世界上最高的立體倉庫高度已達(dá)50m，單位面積的儲存量可達(dá)7．5 t／m2．貨架設(shè)計(jì)時(shí)需要對基礎(chǔ)的承載能力及不平度提出明確要求，而且應(yīng)考慮貨架施工的條件，通常將天軌、地軌的安裝一并進(jìn)行，并以地軌作為施工基準(zhǔn)．滿載狀態(tài)下的橫梁撓度是檢驗(yàn)貨架的一個(gè)重要指標(biāo)．此外，考慮到倉庫的消防需要，應(yīng)為倉庫預(yù)留消防空間。
2.2.2巷道堆垛機(jī)
在自動化立體倉庫的物流輸送過程中，堆垛機(jī)實(shí)現(xiàn)貨物在各出入庫端到貨格的搬運(yùn)?；竟δ馨?
動作控制，有水平，垂直及貨叉的左右動作。
位置控制，以合適的速度運(yùn)行并精確定位在貨位或出入庫臺。
通訊功能，與上位機(jī)通訊和與倉庫其他設(shè)備之間的通訊。
保護(hù)功能，提供各種電氣和機(jī)械的保護(hù)。
人機(jī)界面，通過觸摸屏或者控制面板，提供本機(jī)狀態(tài)或者進(jìn)行遙控操作。
巷道堆垛機(jī)通過安全滑觸線供電，在巷道內(nèi)進(jìn)行水平往復(fù)直線、垂直升降、貨叉左右伸縮叉取等一系列協(xié)調(diào)動作，實(shí)現(xiàn)存儲單元貨物在巷道端口和指定貨位問的出、入庫作業(yè)．按結(jié)構(gòu)形式它可分為單立柱和雙立柱2種基本形式；按服務(wù)方式可分為直道、彎道和轉(zhuǎn)移車3種基本形式．巷道堆垛機(jī)的動作由行走、起升、貨叉伸縮等機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)；通過參考目標(biāo)位置確保精確定位，同時(shí)載貨臺上裝有各種檢測器和安全裝置，保證巷道機(jī)能高速、精確、安全地在貨架中存取貨物單元．目前，貨叉多采用3節(jié)指形叉機(jī)構(gòu)，特殊的可以做成5節(jié)，實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)單邊雙排貨架存取貨物。
2.2.3輸送系統(tǒng)
立體庫的主要外圍設(shè)備，負(fù)責(zé)將貨物運(yùn)送到巷道端口或從巷道端口將貨物移走．常見的有輥道輸送機(jī)、鏈條輸送機(jī)、升降臺、分配車、提升機(jī)、皮帶機(jī)等；近年AGV系統(tǒng)即自動導(dǎo)向小車也較好地用于輸送系統(tǒng)，根據(jù)其導(dǎo)向方式可分為感應(yīng)式導(dǎo)向小車和激光導(dǎo)向小車。
2.2.4托盤(貨箱)
用于承載貨物的器具，有鋼、塑料、木制托盤，其中木托盤具有較高的性能價(jià)格比。
2.2.5自動控制系統(tǒng)
驅(qū)動自動化立體庫系統(tǒng)各設(shè)備的自動控制系統(tǒng)．該系統(tǒng)除了作為完整的系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行外還預(yù)留和上級管理系統(tǒng)及倉庫內(nèi)部其他管理系統(tǒng)的接口。目前，立體倉庫自動控制方式有集中控制、分離式控制和分布式控制3種。分布式控制是目前國際發(fā)展的主要方向，大型立體倉庫通常采用三級計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)；三級控制系統(tǒng)是由管理級、中間控制級和直接控制級組成的。管理級對倉庫進(jìn)行在線和離線管理；中間控制級對通訊、流程進(jìn)行控制，并進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像顯示；直接控制級是由PLC(可編程序控制器)、微處理器組成的控制系統(tǒng)，對各設(shè)備進(jìn)行單機(jī)自動操作。
可編程控制器(PLC)的主要特點(diǎn)有：
①軟硬件功能強(qiáng)大，其內(nèi)部具有很多功能，如時(shí)序、計(jì)數(shù)器、主控繼電器、各種寄存器等，能夠方便的實(shí)現(xiàn)延時(shí)、鎖存、比較、跳轉(zhuǎn)和強(qiáng)制I/O等功能。不僅可以進(jìn)行邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、以及順序控制，還可以實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)算、顯示、監(jiān)控、打印及報(bào)表生成等功能，并具有完備的輸入輸出系統(tǒng)。
②使用維護(hù)方便，PLC不需要像計(jì)算機(jī)控制那樣在輸入輸出接口上做大量的工作，PLC的輸入輸出接口是已經(jīng)做好的，可以直接與現(xiàn)場設(shè)備相連的接口。PLC控制系統(tǒng)的維護(hù)也很簡單，只要利用其自診斷功能和監(jiān)控功能，就可以迅速查找到故障并及時(shí)排除。
③運(yùn)行穩(wěn)定可靠，由于PLC采用了微電子技術(shù)，大量的開關(guān)動作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路完成，同時(shí)還采用了屏蔽、濾波、隔離等抗干擾措施，所以其平均無故障時(shí)間在2萬小時(shí)以上。
④設(shè)計(jì)施工周期短，PLC采用面向控制過程和面向問題的梯形圖語言編程方法，既繼承了傳統(tǒng)控制線路清晰直觀的優(yōu)點(diǎn)，又符合電氣技術(shù)人員的習(xí)慣，易于編程和修改調(diào)試，十分靈活方便。同時(shí)接線簡單，只需將輸入信號的設(shè)備與輸入端子連接，輸出端子連接執(zhí)行元件即可。
2.2.6庫存信息管理系統(tǒng)
也稱中央計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，是全自動化立體庫系統(tǒng)的核心。目前，典型的自動化立體庫系統(tǒng)均采用大型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(如SQL、ORA．CLE、SYBASE等)構(gòu)筑典型的客戶機(jī)／服務(wù)器體系，可以與其他系統(tǒng)(如ERP系統(tǒng)等)聯(lián)網(wǎng)或集成．
2．3巷道堆垛機(jī)設(shè)計(jì)
作為自動化立體倉庫的核心設(shè)備，巷道堆垛機(jī)發(fā)揮著不可替代的作用，本節(jié)將就巷道堆垛機(jī)的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)和控制部分進(jìn)行探討。
2.3.1設(shè)計(jì)思路
為使堆垛機(jī)能夠準(zhǔn)確、快速、安全、自動搬運(yùn)貨物出入庫, 必須滿足以下設(shè)計(jì)要求: (1) 具備三維運(yùn)動功能, 即堆垛機(jī)沿巷道來回運(yùn)動、載貨臺垂直運(yùn)動、貨叉沿貨架方向雙向伸縮; (2) 滿足一定的定位精度, 重復(fù)定位精度誤差不能超過10 mm ; (3) 具備安全保護(hù)措施; (4) 在滿足強(qiáng)度、剛度和可靠性的前提下, 盡量減小堆垛機(jī)各部分的重量, 以減小提升功率和行走時(shí)的摩擦阻力;（5) 保護(hù)倉庫環(huán)境, 避免貨物污染受損。
圖2-2堆垛機(jī)在自動化立體倉庫中的位置
1.巷道 2.貨架 3.天軌 4.堆垛機(jī) 5.計(jì)算機(jī)控制臺
6.地軌 7.出入庫貨臺 8.貨物單元
根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，巷道堆垛機(jī)的結(jié)構(gòu)見下圖2-3所示
圖2-3堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)
堆垛機(jī)由金屬結(jié)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)、 運(yùn)行機(jī)構(gòu)、貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、載貨臺、司機(jī)房、電器控制柜等幾大部件組成，其特點(diǎn)如下：
1 機(jī)架
機(jī)架是由上橫梁、左右立柱和下橫梁構(gòu)成的長方形框架, 主要用于承載。為了便于安裝零件和減輕堆垛機(jī)重量, 上、下橫梁用槽鋼制作, 立柱用方鋼制作。上橫梁上設(shè)有天軌阻擋器和緩沖器, 下橫梁上設(shè)有地軌阻擋器。。如果堆垛機(jī)的高度很高、起重量較大、運(yùn)行速度較快，立柱最好由圓管制成。上橫粱及下橫粱一般由槽鋼及鋼板焊接而成。堆垛機(jī)的機(jī)架沿天軌運(yùn)行，為防止框架傾倒，在上橫粱上裝有導(dǎo)向輪。天軌一般由角鋼、糟鋼或熱軋H型鋼制成。
2 鋼絲繩起升機(jī)構(gòu)
起升機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)減速器、驅(qū)動鏈輪、驅(qū)動鏈條、升降鏈輪、升降鏈條、配重塊等組成。升降鏈條與載貨臺相連接，它與升降鏈輪、上下橫粱的鏈輪及載貨臺組成封閉結(jié)構(gòu)。當(dāng)電機(jī)減速機(jī)通過驅(qū)動鏈輪帶動升降鏈輪旋轉(zhuǎn)，升降鏈輪再通過升降鏈條帶動載貨臺上下運(yùn)動。起升機(jī)構(gòu)用以驅(qū)動載貨臺上升及下降。采用變頻調(diào)速控制的減速電機(jī)，可使上升及下降速度實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，減小機(jī)械沖擊，便于載貨臺的準(zhǔn)確定位。 鋼繩式曳引起升機(jī)構(gòu)大大地減小了起升電機(jī)功率和減速機(jī)體積，降低了運(yùn)行費(fèi)用。采用直聯(lián)式減速電機(jī)，起升曳引輪安裝于減速機(jī)伸出軸上，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠。
3 運(yùn)行機(jī)構(gòu)
運(yùn)行機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)減速器、行走車輪、導(dǎo)向輪等組成。在堆垛機(jī)下橫梁的下面裝有2個(gè)車輪，車輪一般由鑄鋼制成。在每個(gè)車輪的側(cè)面有兩個(gè)導(dǎo)向輪，以保證堆垛機(jī)能夠在地軌上正常行駛。軸裝式電機(jī)減速器裝在前面構(gòu)車輪上，它帶動堆垛機(jī)在地軌上運(yùn)行，當(dāng)切斷電機(jī)電源時(shí)，電機(jī)能夠自動制動，使堆垛機(jī)停止在立體庫的巷道中。為了保證堆垛機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行, 在上橫梁上裝有天軌導(dǎo)向輪。
4 貨叉伸縮機(jī)構(gòu)
貨叉伸縮機(jī)構(gòu)是堆垛機(jī)中最主要的部分，可以向堆垛機(jī)左右兩側(cè)伸叉作業(yè)，主要由電機(jī)減速器、鏈連接裝置（或者齒輪傳動等，根據(jù)選用的方案來定）、叉板、活動導(dǎo)軌、固定導(dǎo)軌、輥輪軸承和一些定位裝置組成。為了使貨叉伸縮到位, 保證準(zhǔn)確存、取貨物,在貨叉上裝有機(jī)械定位裝置(雙向阻擋器) 和電氣定位感應(yīng)開關(guān)(極限感受塊和接近開關(guān)) 組成的雙重定位報(bào)護(hù)裝置。另外, 還有檢測貨叉是否回到原位的中位感應(yīng)條和接近開關(guān)。關(guān)于伸縮貨叉的相關(guān)內(nèi)容，在下一章將詳細(xì)介紹。
5 載貨臺
載貨臺是堆垛機(jī)承接貨物并進(jìn)行升降運(yùn)動的部件，是由垂直吊架和水平結(jié)構(gòu)兩部分牢固地焊接成型的結(jié)構(gòu)件，其上裝置貨叉伸縮機(jī)構(gòu)、松繩過載和斷繩安全裝置、升降動滑輪、升降導(dǎo)向輪和側(cè)向?qū)л啞］d貨臺主要由扁通、鋼板焊接而成, 主要用于安裝貨叉和一些安全保護(hù)裝置。為了保證載貨臺平穩(wěn)上下運(yùn)行, 在它的每個(gè)側(cè)面裝有沿立柱的4個(gè)導(dǎo)向輪和2個(gè)頂輪。
6 電氣設(shè)備及控制
主要包括電力拖動、信號傳輸和堆垛機(jī)控制。在電氣拖動方面目前主要采用交流變頻調(diào)速及交流變極調(diào)速，電力拖動要同時(shí)滿足快速、平穩(wěn)和準(zhǔn)確三方面的要求。堆垛機(jī)采用滑觸線供電; 由于用供電滑觸線載波通訊易受電力雜波等干擾, 所以采用抗干擾性好的紅外通信方式與計(jì)算機(jī)等倉庫設(shè)備進(jìn)行信息交換。堆垛機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)是必須精確定位和準(zhǔn)確認(rèn)址,否則就會取錯(cuò)貨物, 碰壞貨物、貨架, 嚴(yán)重時(shí)會損壞堆垛機(jī)本身。堆垛機(jī)的位置控制采用絕對認(rèn)址方式, 用激光測距儀通過測量堆垛機(jī)到基點(diǎn)的距離和事先儲存在PLC 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來確定堆垛機(jī)當(dāng)前位置, 成本較高, 但可靠性很高。
7 安全保護(hù)裝置
堆垛機(jī)是一種起重機(jī)械，它要在又高又窄的巷道內(nèi)高速運(yùn)行。為了保護(hù)人身、設(shè)備和貨物的安全, 堆垛機(jī)必須具有完善的安全保護(hù)措施:
(1) 堆垛機(jī)在行走、載貨臺升降和貨叉伸縮終端處都設(shè)有機(jī)械和電氣限位裝置。終端極限限位保護(hù)。堆垛機(jī)在行走、升降和伸縮貨叉的終端都設(shè)有限位保護(hù)裝置。
(2) 聯(lián)鎖保護(hù) 堆垛機(jī)在行走與升降時(shí)，貨叉伸縮電路切斷；相反貨叉伸縮時(shí)，行走與升降電路切斷。
(3)正位虛實(shí)檢測控制 只有堆垛機(jī)在垂直和水平方向停準(zhǔn)時(shí)，貨叉才能伸縮。堆垛機(jī)到某貨格入庫，在伸叉存入貨物前，需要先探測貨格內(nèi)有無貨物，以防止雙重入庫，造成事故。探測器可以是反射式光電開關(guān)，當(dāng)貨格內(nèi)有貨物時(shí)則停止送貨，同時(shí)發(fā)出“雙重入庫”報(bào)警信號。
(4) 貨物檢測 載貨臺上設(shè)有貨物超高、超長和超寬檢測裝置。在貨物進(jìn)入載貨臺時(shí), 當(dāng)檢測到貨物超過設(shè)定高度、長度或?qū)挾葧r(shí), 堆垛機(jī)便停止運(yùn)行并報(bào)警。一般允許誤差為30～40 mm , 檢測元件采用對射或反射式光電傳感器。
(5) 斷電保護(hù) 如載貨臺升降過程中忽然斷電, 則通過提升電機(jī)制動使載貨臺停在當(dāng)前位置,不會掉落下來。
(6) 載貨臺斷鏈保護(hù) 提升鏈條通過壓簧與載貨臺相連, 當(dāng)鏈條由于長時(shí)間使用或意外原因忽然斷裂時(shí), 彈簧彈開鏈條, 檢測裝置檢測到鏈條時(shí),便驅(qū)動相應(yīng)裝置使載貨臺停在當(dāng)前位置, 不至于掉下來, 同時(shí)整個(gè)堆垛機(jī)停止運(yùn)行。
2.3.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
堆垛機(jī)的行列行走和升降臺運(yùn)動采用了交流電動機(jī)變頻調(diào)速，配有電磁制動器，由光字盤顯示運(yùn)行狀態(tài)。組成結(jié)構(gòu)如圖2-4
圖2-4
2.3.3 速度控制
為保證堆垛機(jī)運(yùn)行中精確定位和工作效率，要對堆垛機(jī)的運(yùn)動速度進(jìn)行控制。根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)多檔速度運(yùn)行方式。速度控制主要是對列、層行走電機(jī)進(jìn)行控制。以列速度控制為例說明速度控制的方法:巷道口最底層為第1列第0層，設(shè)運(yùn)行過程中距目的貨位的距離(位置定位計(jì)數(shù)器當(dāng)前值)為S個(gè)貨格，控制算法如下:
如果目的位置和初始位置之差小于6則一開始就用中速起動。如果目的位置和初始位置之差小于2，則用低速起動(初始位置為0)。
2.3.4 位置確定
正確可靠地存取貨箱，準(zhǔn)確地認(rèn)址定位是關(guān)鍵。認(rèn)址方法如下:在巷道地基上相對于每列貨格安裝一固定的認(rèn)址片(擋板)，在堆垛機(jī)底部安裝4個(gè)光電開關(guān)(GDI和GD2)與(GD3和GD4)隨堆垛機(jī)一起前后運(yùn)動，每經(jīng)過一列貨格，光電開關(guān)通過認(rèn)址檔板發(fā)出一脈沖信號到PLC，從而達(dá)到列認(rèn)址目的;同樣，在堆垛機(jī)立柱上相對干每一層安裝一認(rèn)址片，在其升降臺安裝光電開關(guān)GD5和GD6隨升降臺一起上下運(yùn)動，達(dá)到層認(rèn)址的目的。光電開關(guān)的脈沖輸人信號作為PLC內(nèi)部認(rèn)址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號，計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值作為速度控制的依據(jù)。當(dāng)堆垛機(jī)到達(dá)目的貨格即計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值計(jì)到零時(shí)，發(fā)出停車信號使其停止運(yùn)行。
升降臺上的光電開關(guān)GD3又用PLC內(nèi)部的計(jì)數(shù)器接收光電脈沖，升降臺每經(jīng)過一層，計(jì)數(shù)器減1計(jì)數(shù)，從而達(dá)到層方向認(rèn)址的目的。
堆垛機(jī)對其定位精度要求是很高的。比如列定位，要求堆垛機(jī)能停在目的列貨格的中心線上，誤差不超過2mm。否則，由于誤差的積累，在貨叉存取貨箱時(shí)易碰到貨架或發(fā)生其他事故。
但是發(fā)出停車信號后，堆垛機(jī)由于慣性還會滑行一點(diǎn)，這樣，光靠計(jì)數(shù)認(rèn)址很難達(dá)到精確定位的目的。為此我們把認(rèn)址結(jié)構(gòu)片做成如下形式。用1號光電開關(guān)作為認(rèn)址計(jì)數(shù)開關(guān)，計(jì)數(shù)到零時(shí)發(fā)出停車信號，然后再利用1號和2號開關(guān)作精確定位。如果1號2號開關(guān)同時(shí)有信號，說明已停準(zhǔn);如果只2號開關(guān)有信號，說明己超過，點(diǎn)動堆垛機(jī)回退，再檢測比較;如果只1號開關(guān)有信號，說明還未到中心點(diǎn)，點(diǎn)動堆垛機(jī)前進(jìn)，再檢測比較;這樣達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。
3．貨叉方案設(shè)計(jì)
存取貨裝置是堆垛機(jī)的特殊工作機(jī)構(gòu)。其中，伸叉機(jī)構(gòu)裝在載貨臺上，載貨臺在輥輪的支承下沿立柱上的導(dǎo)軌做垂直行走方向的運(yùn)動（起重），垂直于起重-行走平面的方向?yàn)樯觳娴姆较?。一般情況下，要求堆垛機(jī)貨叉完全伸出后，起長度約為原來長度的2倍以上在貨叉伸縮過程中應(yīng)平穩(wěn)、靈活。為了保證足夠的硬度和強(qiáng)度，上叉、中叉和下叉的叉體硬度須達(dá)到225～255HB。
在堆垛機(jī)組裝后，貨叉在水平面內(nèi)其中心線對運(yùn)行軌道的垂直度公差值△x為1mm
圖3-1
堆垛機(jī)組裝后，貨叉上平面對起升導(dǎo)軌的垂直公差度△y為1mm，貨叉的上平面的高低差應(yīng)不大于2mm。
圖3-2
這里討論的是載貨的貨叉插入貨架中的部分，應(yīng)以厚度盡量薄，同時(shí)叉前端的撓度控制在最小，作為設(shè)計(jì)的目標(biāo)。下面將就各種傳動方案進(jìn)行比較:
3.1液壓傳動
3.1.1雙桿活塞缸
如下圖3-3所示，缸筒固定的雙桿活塞缸。它的進(jìn)、出油口布置在缸筒兩端，兩活塞桿的直徑是相等的，因此，當(dāng)工作壓力和輸入流量不變時(shí)，兩個(gè)方向上輸出的推力和速度是相等，其值見式(3-1) ，(3-2)。
F1=F2=（p1-p2）A =（p1-p2）(D2-d2) 式(3-1)
ν1=ν2= = 式(3-2)
式中 A——活塞的有效工作面積
D，d——活塞直徑，活塞桿直徑；
q——輸入流量
p1，p2——缸進(jìn)口壓力，出口壓力；
，——缸的機(jī)械效率，容積效率
這種安裝形式使工作臺的移動范圍約為活塞有效行程的3倍，但占地面積大，適用于小型設(shè)備。
圖3-3
液壓傳動有以下優(yōu)點(diǎn)
①在同等的體積下液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30～40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。
②液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的轉(zhuǎn)向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)每分鐘可達(dá)500次，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動時(shí)每分鐘可達(dá)1000次。
③液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。
④液壓傳動易于實(shí)現(xiàn)自動化，這是因?yàn)樗鼘σ后w壓力、流量或流動方向易于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結(jié)合起來使用時(shí)，整個(gè)傳動裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動作，接受遠(yuǎn)程控制。
⑤液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長期在失速狀態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機(jī)械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長
⑥由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動性。
⑦用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單。
但在有如上優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，缺點(diǎn)不容忽視：
①液壓傳動不能保證嚴(yán)格的傳動比，這是由液壓油液的可壓縮性、泄露等原因造成的。
②液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄露損失等），長距離傳動時(shí)更是如此。
③液壓傳動對油溫的變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影響，因此它不宜在很高或很低的溫度下工作。
④為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)較貴，而且對油液的污染比較敏感。
⑤液壓傳動要求有單獨(dú)的能源。
⑥液壓傳動出現(xiàn)故障時(shí)不宜找出原因。
3.2機(jī)械傳動
3.2.1鏈傳動
鏈傳動主要是由主、從動鏈輪組成，鏈輪上的齒與鏈節(jié)的嚙合傳遞運(yùn)動和動力。將采用的傳動方案如圖3-4
圖3-4
鏈傳動的優(yōu)點(diǎn)是：可以在兩軸中心距較遠(yuǎn)的情況下傳遞運(yùn)動和動力。能在低速，重載和高溫條件下及塵土大的情況下工作。能夠保證準(zhǔn)確的傳動比，傳遞功率較大，并且作用在軸上的力較小。傳動效率高。缺點(diǎn)是：鏈條的鉸鏈磨損后，使節(jié)距變大造成脫節(jié)。安裝和維護(hù)要求較高。
3.2.2齒輪齒條傳動
圖3-5所示為1個(gè)雙聯(lián)齒輪和2個(gè)齒條組成的直線差動機(jī)構(gòu)，在圖3-5中假設(shè)齒條1為固定齒條，齒條2為從動齒條，雙聯(lián)齒輪的齒輪3的分度圓直徑D1大于齒輪4的分度圓直徑D2，當(dāng)滾動的雙聯(lián)齒輪的齒輪3沿固定齒條1滾動時(shí)，由齒輪4驅(qū)動的從動齒條2將以與雙聯(lián)齒輪中心運(yùn)動相反的方向水平移動。
其相對運(yùn)動的距離
L=（D1—D2）N
式中N——雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)
按此計(jì)算公式，當(dāng)雙聯(lián)齒輪D1=D2時(shí)，不論雙聯(lián)齒輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為多少，齒條1與齒條2走過的相對距離為0。
圖3-5齒輪齒條直線查動機(jī)構(gòu)
1.固定齒條 2.從動齒條 3.4雙聯(lián)齒輪
根據(jù)貨叉存物取貨的雙向伸縮行程要求，僅采用雙層貨叉行程增倍機(jī)構(gòu)是不夠的，還必須實(shí)現(xiàn)第3層貨叉的行程增倍直線差動。為此 ,在中間貨叉2端設(shè)置有2個(gè)可轉(zhuǎn)動的鏈輪，這2個(gè)鏈輪相當(dāng)于滑輪組的2個(gè)動滑輪，如圖3.6-c所示，與左端鏈輪嚙合的鏈條分別固定在上下貨叉的右端，與右端鏈輪嚙合的鏈條分別固定在上下貨叉的左端。與齒輪齒條傳動時(shí)的速度、行程增倍機(jī)構(gòu)原理相同，當(dāng)中間貨叉5水平移動時(shí)，通過鏈輪鏈條傳動，上叉8就以中間貨叉2倍的速度與行程沿滾輪中心移動方向水平移動。這樣,當(dāng)雙向液壓缸驅(qū)動活塞桿且滾動齒輪4水平行走1／6固定貨叉長度的行程時(shí)，中間貨叉5相對固定貨叉1水平移動1／3的固定貨叉長度行程 ；而上叉8相對中間貨叉5水平移動了2／3的固定貨叉長度行程 ；相對固定貨叉1水平移動了1個(gè)固定貨叉長度行程，最終滿足了貨叉伸縮行程的動作要求。同時(shí)，為了最大限度地縮小貨叉機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸，雙向液壓缸的液壓泵站設(shè)置在巷道轉(zhuǎn)運(yùn)小車上。
3層貨叉直線差動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（見圖3-6-b）：在上叉的全部行程中，中間貨叉5相對下叉5行走1／3行程；上叉8相對中間貨叉5行走2／3行程，上叉與中間貨叉之間、中間貨叉與下叉之間均有合適的導(dǎo)向接觸面長度，保證了3層貨叉伸出時(shí)的相對剛度要求。同時(shí)，3層貨叉相對運(yùn)動時(shí)，采用了滾輪與滾道的純滾動摩擦，最大限度地減小了工作摩擦阻力。加上滾道鑲條和滾輪偏心軸的調(diào)整手段，可最大限度減小3層貨叉間運(yùn)動間隙，這些都間接保障了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度和運(yùn)動靈活性。最重要的是，3層貨叉采用了齒輪齒條組成的直線差動行程增倍機(jī)構(gòu)，能使雙向驅(qū)動液壓缸用固定貨叉自身長度的1／3行程，滿足上層貨叉雙向伸縮固定貨叉自身長度的工作要求。
圖3-6 三層直線差動貨叉結(jié)構(gòu)及工作原理示意圖
1. 固定叉 2.鏈輪 3.雙向液壓缸 4.滾動齒輪 5.中間貨叉
6.中間叉滾輪 7.鏈條 8.上叉 9.上叉滾輪
在貨叉裝置中齒輪齒條都有一定的要求，齒輪的精度都不得低于GB10095中8-8-7級，齒條的精度不得低于GB10096中8級。在上述結(jié)構(gòu)中齒輪傳動的優(yōu)點(diǎn)是：能保證瞬時(shí)傳動比恒定，平穩(wěn)性高，傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確可靠。傳遞的功率和速度范圍較大。結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，可實(shí)現(xiàn)較大的傳動比。傳動效率高，使用壽命長。但缺點(diǎn)是：制造，安裝要求較高。
通過以上比較可發(fā)現(xiàn)，鏈傳動較另兩個(gè)性價(jià)比高，且更結(jié)構(gòu)簡單，效率高，適合大規(guī)模批量生產(chǎn)。
4．零件設(shè)計(jì)
4.1電動機(jī)、減速器的選擇
4.1.1電動機(jī)的選擇
4.1.1.1選用電動機(jī)時(shí)應(yīng)考慮以下各項(xiàng)問題:
1.在機(jī)械與電氣方面對反復(fù)起動停止的操作都應(yīng)有充分的耐久性;
2.應(yīng)完全適合負(fù)載的速度一轉(zhuǎn)矩特性，特別是起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)有余裕;
3.速度的可控性良好;
4.慣性矩應(yīng)小，體積小而重量輕;
5.輸出軸的轉(zhuǎn)數(shù)應(yīng)適宜于減速裝置的結(jié)構(gòu);
6.應(yīng)有可靠的外殼保護(hù)結(jié)構(gòu)。
4.1.1.2貨叉電機(jī)的選擇計(jì)算
已知條件:行走速度V = 5.8 m/ min = 0. 0967 m/ s ,滾動摩擦系數(shù)μ = 0. 03 ,貨叉可動部分重力W′=2 000 N ,行走阻力R = (W′+ W2 )μ = 210 N , 動力傳動效率η = 0. 9 (齒輪減速電機(jī)) ×0. 9 (鏈條) =0. 81。
最高時(shí)速時(shí)需要?jiǎng)恿? P = RV /η = 210×0.0967/ 0. 81 = 0. 025 kW，為保證貨叉在安全環(huán)境下正常工作,選擇貨叉電機(jī)功率為0. 45kW。
由于鼠籠形電動機(jī)具有很多直流電動機(jī)無可比擬的優(yōu)點(diǎn):機(jī)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，單機(jī)容量大，對環(huán)境的要求不苛刻且維護(hù)方便，所以占電動機(jī)總數(shù)的比例很大，因而它的調(diào)速方法和控制技術(shù)，毫無疑問將成為電動機(jī)驅(qū)動控制的關(guān)鍵技術(shù)，而變頻器和鼠籠形電動機(jī)的結(jié)合，便是通常交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的最佳選擇。這個(gè)系統(tǒng)具有顯著的節(jié)能效果、高控制精度和寬調(diào)速范圍以及簡單的維護(hù)和使用和易于實(shí)現(xiàn)自動控制和過程控制等優(yōu)異性能，所以倍受青睞。
變級多速三相異步電動機(jī)YD90L，結(jié)構(gòu)特征：自扇冷卻、封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵、水滴大量進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部。它的主要用途：作一般用途的驅(qū)動源，即用于驅(qū)動對啟動性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差率無特殊要求的機(jī)器和設(shè)備；亦可用灰塵較多、水土飛濺的場所。
表4-1電機(jī)的主要性能數(shù)據(jù)
電機(jī)型號
功率/KW
轉(zhuǎn)速
質(zhì)量/kg
YD90L
0.45
750
25
通過查詢“機(jī)械設(shè)計(jì)手冊”（軟件版）V3.0”，查得具體技術(shù)數(shù)據(jù)如下圖4-1：
圖4-1
4.1.2減速器的選擇
4.1.2.1減速器型號的確定
減速器是一種有封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪-蝸桿傳動所組成的獨(dú)立部件，常用于動力機(jī)與工作機(jī)作為減速的傳動裝置。由于減速器機(jī)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動準(zhǔn)確可靠。使用維護(hù)簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)器中應(yīng)用很廣。目前國內(nèi)使用的堆垛機(jī)，采用電動機(jī)-制動器-外齒輪減速器-車輪的傳動方式。由于減速器傳動比大，需要多級減速，使得整個(gè)減速器機(jī)構(gòu)體積大，重量大，噪音大，效率低。因此本文采用了一種新的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，用異步電動機(jī)直接帶動少齒差減速器。
少齒差行星齒輪傳動具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)加工方便、制造成本較低。漸開線少齒差傳動的特點(diǎn)是用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機(jī)床就可以加工齒輪，不需要特殊的刀具與專用設(shè)備，材料也可采用普通齒輪材料(2)傳動比范圍大，單級傳動比為10～1000以上 。(3)結(jié)構(gòu)形式多